2014年《步步高》高中物理配套Word版文檔(人教選修3-1)第三章 學案3

學案3幾種常見的磁場[學習目標]1.知道磁感線的概念，知道幾種常見磁場的磁感線分布.2.會用安培定則判斷電流的磁場方向.3.了解安培分子電流假說.4.知道什么是勻強磁場.5.知道磁通量的概念，會用Φ＝BS計算磁通量．學習探究一、磁感線安培定則在磁場中放一塊玻璃板，玻璃板上均勻地撒一層細鐵屑，輕敲玻璃板，鐵屑就會有規(guī)則地排列起來，模擬出磁感線的形狀．由實驗得到條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場的磁感線是如何分布的？答案[要點提煉]1．磁感線和電場線的比較：相同點：都是疏密程度表示場的強弱，切線方向表示場的方向；都不能相交．不同點：電場線起于正電荷，終止于負電荷，不閉合；但磁感線是閉合曲線．2．電流周圍的磁感線方向可根據(jù)安培定則判斷．(1)直線電流的磁場：以導線上任意點為圓心的同心圓，越向外越疏．(如圖1所示)圖1(2)環(huán)形電流的磁場：內部比外部強，磁感線越向外越疏．(如圖2所示)圖2(3)通電螺線管的磁場：內部為勻強磁場，且內部比外部強．內部磁感線方向由S極指向N極，外部由N極指向S極．(如圖3所示)圖3二、安培分子電流假說磁鐵和電流都能產生磁場，而且通電螺線管外部的磁場與條形磁鐵的磁場十分相似，它們的磁場有什么聯(lián)系？[要點提煉]1．安培分子電流假說安培認為，物質微粒內的分子電流使它們相當于一個個的小磁體(如圖4)．圖42．當鐵棒中分子電流的取向大致相同時，鐵棒對外顯磁性(如圖5甲)；當鐵棒中分子電流的取向變得雜亂無章時，鐵棒對外不顯磁性(如圖乙)．圖53．安培分子電流假說說明一切磁現(xiàn)象都是由電荷的運動產生的．三、勻強磁場磁通量取兩塊較大的磁鐵，讓兩個平行的異名磁極相對，在距離很近時用細鐵屑模擬磁感線的分布，你觀察到的結果怎樣？[要點提煉]1．勻強磁場的磁感線是一些間隔相同的平行直線．2．磁通量的定義式：Φ＝BS，適用條件：磁場是勻強磁場，且磁場方向與平面垂直．3．當平面與磁場方向不垂直時，穿過平面的磁通量可用平面在垂直于磁場B的方向的投影面積進行計算，即Φ＝BS⊥＝BScos_θ(如圖6)．圖6經典例題例1關于磁場和磁感線的描述，正確的說法是()A．磁感線從磁體的N極出發(fā)，終止于S極B．磁感線可以表示磁場的方向和強弱C．沿磁感線方向，磁場逐漸減弱D．因為異名磁極相互吸引，所以放入通電螺線管內的小磁針的N極一定指向螺線管的S極例2如圖7所示，圖a、圖b是直線電流的磁場，圖c、圖d是環(huán)形電流的磁場，圖e、圖f是通電螺線管電流的磁場．試在各圖中補畫出電流方向或磁感線的方向．例3關于磁現(xiàn)象的電本質，下列說法正確的是()A．除永久磁鐵外，一切磁場都是由運動電荷或電流產生的B．根據(jù)安培的分子電流假說，在外磁場作用下，物體內部分子電流取向變得大致相同時，物體就被磁化了，兩端形成磁極C．一切磁現(xiàn)象都起源于電流或運動電荷，一切磁作用都是電流或運動電荷之間通過磁場而發(fā)生的相互作用D．磁就是電，電就是磁；有磁必有電，有電必有磁例4如圖8所示，框架面積為S，框架平面與磁感應強度為B的勻強磁場方向垂直，則穿過平面的磁通量為________．若使框架繞OO′轉過60°角，則穿過框架平面的磁通量為__________；若從初始位置轉過90°角，則穿過框架平面的磁通量為________________；若從初始位置轉過180°角，則穿過框架平面的磁通量的變化是__________．圖8課堂檢測1．關于磁場和磁感線的描述，下列說法中正確的是()A．磁體之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場一樣，也是一種客觀存在的物質B．磁感線可以形象地描述磁場的強弱和方向，它每一點的切線方向都和小磁針放在該點靜止時北極所指的方向一致C．磁感線總是從磁鐵的N極出發(fā)，到S極終止的D．磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的2.如圖9所示，a、b、c三枚小磁針分別在通電螺線管的正上方、管內和右側，當這些小磁針靜止時，小磁針N極的指向是()圖9A．a、b、c均向左B．a、b、c均向右C．a向左，b向右，c向右D．a向右，b向左，c向右3．用安培提出的分子電流假說可以解釋的現(xiàn)象是()A．永久磁鐵的磁場B．直線電流的磁場C．環(huán)形電流的磁場D．軟鐵棒被磁化的現(xiàn)象4.如圖10所示，半徑為R的圓形線圈共有n匝，其中心位置處半徑為r的虛線范圍內有勻強磁場，磁場方向垂直線圈平面．若磁感應強度為B，則穿過線圈的磁通量為()圖10A．πBR2B．πBr2C．nπBR2D．nπBr2限時練題組一對磁感線的認識及方向判斷1．下列關于電場線和磁感線的說法中，正確的是()A．電場線和磁感線都是電場或磁場中實際存在的線B．磁場中兩條磁感線一定不相交，但在復雜電場中的電場線是可以相交的C．電場線是一條不閉合曲線，而磁感線是一條閉合曲線D．電場線越密的地方，同一試探電荷所受的電場力越大；磁感線分布較密的地方，同一試探電荷所受的磁場力也越大答案C2．如圖1所示為電流產生磁場的分布圖，正確的分布圖是()圖1A．①③B．②③C．①④D．②④答案C解析由安培定則可以判斷出直線電流產生的磁場方向，①正確，②錯誤．③和④為環(huán)形電流，注意讓彎曲的四指指向電流的方向，可判斷出③錯誤，④正確．故正確選項為C.3.當接通電源后，小磁針A按如圖2所示方向運動，則()圖2A．小磁針B的N極向紙外轉B．小磁針B的N極向紙里轉C．小磁針B不轉動D．因電流未標出，所以無法判斷小磁針B如何轉動答案A解析由小磁針A的N極運動方向知，螺線管的左側為S極，右側為N極，由右手螺旋定則判斷小磁針B處的磁場方向向外，小磁針N極受力方向與該處磁場方向一致．故A正確．4.南極考察經常就南極特殊的地理位置進行科學測量．“雪龍?zhí)枴笨疾礻爢T一次實驗如下：在地球南極附近用彈簧測力計豎直懸掛一未通電螺線管，如圖3所示．下列說法正確的是()圖3A．若將a端接電源正極，b端接電源負極，則彈簧測力計示數(shù)將減小B．若將a端接電源正極，b端接電源負極，則彈簧測力計示數(shù)將增大C．若將b端接電源正極，a端接電源負極，則彈簧測力計示數(shù)將增大D．不論螺線管通電情況如何，彈簧測力計示數(shù)均不變答案AC解析在地球南極附近即為地磁N極，螺線管相當于一條形磁鐵，根據(jù)右手螺旋定則判斷出“條形磁鐵”的極性．再根據(jù)同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引，判斷知A、C正確．題組二對安培分子電流假說的認識5．關于安培分子電流假說的說法正確的是()A．安培觀察到物質內部有分子電流存在就提出了假說B．為了解釋磁鐵產生磁場的原因，安培提出了假說C．事實上物質內部并不存在類似的分子電流D．根據(jù)后來科學家研究，原子內電子繞核旋轉形成環(huán)形電流與安培分子電流假說相符答案BD6．磁鐵在高溫下或者受到敲擊時會失去磁性，根據(jù)安培的分子電流假說，其原因是()A．分子電流消失B．分子電流的取向變得大致相同C．分子電流的取向變得雜亂D．分子電流的強度減弱答案C解析由于高溫或猛烈的敲擊，會使原來取向一致的分子電流變得雜亂，從而失去磁性，故C選項正確．7．為了解釋地球的磁性，19世紀安培假設：地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的．在下列四個圖中，正確表示安培假設中環(huán)形電流方向的是()答案B解析地磁場是從地球的南極附近出來，進入地球的北極附近，除兩極外地表上空的磁場都具有向北的磁場分量，由安培定則，環(huán)形電流外部磁場方向向北，可知，B正確．A圖地表上空磁場方向向南，A錯誤．C、D在地表上空產生的磁場方向是東西方向，C、D錯誤．故選B.題組三磁感應強度矢量的疊加8.在磁感應強度為B0、方向向上的勻強磁場中，水平放置一根長通電直導線，電流的方向垂直于紙面向里．如圖4所示，a、b、c、d是以直導線為圓心的同一圓周上的四點，在這四點中()圖4A．b、d兩點的磁感應強度相等B．a、b兩點的磁感應強度相等C．c點的磁感應強度的值最小D．b點的磁感應強度的值最大答案C解析如圖所示，由矢量疊加原理可求出各點的合磁場的磁感應強度，可見b、d兩點的磁感應強度大小相等，但方向不同，A項錯誤．a點的磁感應強度最大，c點的磁感應強度最小，B、D項錯誤，C項正確．9．如圖5所示，兩根相互平行的長直導線過紙面上的M、N兩點，且與紙面垂直，導線中通有大小相等、方向相反的電流．a、O、b在M、N的連線上，O為MN的中點，c、d位于MN的中垂線上，且a、b、c、d到O點的距離均相等．關于以上幾點處的磁場，下列說法正確的是()圖5A．O點處的磁感應強度為零B．a、b兩點處的磁感應強度大小相等，方向相反C．c、d兩點處的磁感應強度大小相等，方向相同D．a、c兩點處磁感應強度的方向不同答案C解析根據(jù)安培定則判斷磁場方向，再結合矢量的合成知識求解．根據(jù)安培定則判斷：兩直線電流在O點產生的磁場方向均垂直于MN向下，O點的磁感應強度不為零，故A選項錯誤；a、b兩點的磁感應強度大小相等，方向相同，故B選項錯誤；根據(jù)對稱性，c、d兩點處的磁感應強度大小相等，方向相同，故C選項正確；a、c兩點的磁感應強度方向相同，故D選項錯誤．10．在紙面上有一個等邊三角形ABC，在B、C頂點處是通有相同電流的兩根長直導線，導線垂直于紙面放置，電流方向如圖6所示，每根通電導線在三角形的A點產生的磁感應強度大小為B，則三角形A點的磁感應強度大小為______________，方向為______________．若C點處的電流方向反向，則A點處的磁感應強度大小為________________，方向為________________．圖6答案B水平向右B豎直向下解析如圖所示，由安培定則知B處導線在A點的磁感應強度方向水平偏下30°，C處導線在A點的磁感應強度方向水平偏上30°，由平行四邊形定則可以求得合磁感應強度方向水平向右，大小為B1＝2Bcos30°＝B.當C處的電流方向反向時，如圖所示．由平行四邊形定則可知合磁感應強度B2的方向豎直向下，大小等于B.題組四對磁通量的認識及計算11.如圖7所示是等腰直角三棱柱，其平面ABCD為正方形，邊長為L，它們按圖示方式放置于豎直向下的勻強磁場中，磁感應強度為B0，則下列說法中正確的是()圖7A．穿過ABCD平面的磁通量大小為B0L2B．穿過BCFE平面的磁通量大小為B0L2C．穿過ADFE平面的磁通量大小為零D．穿過整個三棱柱的磁通量為零答案BCD解析根據(jù)Φ＝BS⊥，因此通過ABCD平面的磁通量Φ＝B0L2cos45°＝B0L2，A錯誤；平面BCFE⊥B0，而BC＝L，CF＝Lcos45°＝L，所以平面BCFE的面積S＝BC·CF＝L2，因而Φ＝B0S＝B0L2，B正確；平面ADFE在B0的垂直方向上的投影面積為零，所以穿過的磁通量為零，C正確；若規(guī)定從外表面穿入三棱柱的磁通量為正，那么由三棱柱內表面穿出時的磁通量就為負，而穿入三棱柱的磁感線總與穿出的磁感線相等，因此穿過整個三棱柱的磁通量為零，D正確．故選B、C、D.12.如圖8所示，有一個垂直于紙面向里的勻強磁場，磁感應強度B＝0.8T，磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為1.0cm.在紙面內先后放上圓線圈，圓心均在O處，A線圈半徑為1.0cm,10匝；B線圈半徑為2.0cm，1匝；若磁場方向不變，在B減為0.4T的過程中，A和B線圈中磁通量各改變了多少？圖8答案1.256×10－4Wb1.256×10－